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九相混合式步进电机环行分配器的研究与设计

作者：刘志宏

来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2012年第12期

摘要：本文给出了一种用通用可编程逻辑阵列设计九相混合式步进电机环形分配器的设计思想，使环形分配器的设计更加简明，同时降低了功耗，提高了可靠性。 关键词：通用可编程逻辑阵列 环形脉冲分配器 0 引言

随着机器人技术，FMS技术和FA技术而出现的直接驱动方式（DD方式），是一种较为理想的驱动方式，对电机直接驱动系统来说，就是将电动机与其所驱动的负载直接耦合在一起，以消除由于减速机构的存在而带来的齿间，齿槽效应和机械磨损。九相混合式步进电机的研制成功，为直接驱动系统奠定了基础。由于九相混合式步进电机的研制和开发历史不长，电机驱动电源中的环形脉冲分配器专用芯片目前尚未见到，国内外厂家生产的九相混合式步进电机驱动电源中的环形脉冲分配器大都是由数字逻辑集成电路或EPROM存储器构成，由于九相步进电机的运行节拍和运行方式较多，采用这些方式设计的环形脉冲分配器结构复杂功能较少，可靠性不高。近年来随着通用可编程逻辑器件的出现，为逻辑电路的设计提供了极大的灵活性，因此完全可以用逻辑可编程器件设计步进电机环形脉冲分配器。本文给出由三片GAL20V8构成的九相混合式步进电动机环形脉冲分配器的设计方法。 1 九相混合式步进电机的励磁方式及环形脉冲分配逻辑

按混合式步进电动机的原理分析，一相绕组通电时，它的磁势与永磁磁势相互作用而产生电磁转矩，电流不变时它是转子位置角的周期函数，近似地是一条正弦曲线，变化周期是一个转子齿距角（电角度360），可以用向量形式来表示，如图1所示TA表示A相绕组正相通电时产生的电磁转矩，TA-表示A相绕组反相通电产生的电磁转矩，由于相邻级定子齿的相对位置错开5/9齿矩角，所以相邻相（B相）通电产生的转子向量也错开2∏×5/9电弧度，如图中TB所示，顺次可得每一项绕组单独通电的九个转矩向量，在一起构成的均匀分布的九星图。从图1所示转矩向量图看，可以有多种通电励磁方式，但为了产生较大的转矩，在电机运行过程中应使尽量多的绕组同时通电。 ■

通常采用8-8，9-9（整步）或8-9（半步）通电方式，整步运行方式中的9-9相通电方式虽较8-8相通电方式的合成转矩大，但由于驱动电源中采用桥式电路时存在上下桥臂换向容易

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引起短路而较少采用。本文给出的是8-8相通电方式和8-9相通电方式的环形脉冲分配器设计方法，每个循环分别为18个和36个通电状态，即九相十八拍和九相三十六拍，根据合成转矩向量图，可以得到8-8相通电方式和8-9相通电方式下的逻辑通电状态变化顺序。 2 环形脉冲分配器的设计

九相混合式步进电动机环形脉冲分配器采用九相星接桥式逆变器，需18路信号来分别控制18只功率管，使之导通或截止，目前通用的GAL器件只有8个三态输出端，所以本文给出了三片GAL20V8构成的环形脉冲分配器（如图2），为了保证预置的可靠性。参数必须满足R2C2>R1C1，图中CLK和PR输入端周边电路是为实现输出状态自动预置而设计的，当然也可以由外部电路实现状态预置。

如表1所示，该环形脉冲分配器，还应有相应的输入控制端，根据图2可以得到环形脉冲分配器的输入/输出状态组合关系。定义为： ■

文中并不需用多变量卡诺图的繁杂化简过程，根据定义，通过对表一所示逻辑通电状态的分析，就可以得到九相混合式步进电动机环形脉冲分配器的逻辑表达式。 3 结束语

本文通过对130BYG9100九相混合式步进电机的试验验证是可行的，给出的用GAL器件设计九相混合式步进电动机环形分配器方法，所设计的环形脉冲分配器电路大为简化，可靠性更高。 参考文献：

[1]徐殿国，王宗培.五相混合式步进电动机环形分配器的设计.微特电机及控制技术，1993. [2]姜淑忠，可变步距角的九相混合式步进电机的研究，哈工大博士论文，1991. [3]坂本正文（日）.《步进电机应用技术》.科学技术出版社，2010，5. 作者简介：

刘志宏（1968-），男，河北保定人，工程师，研究方向为电力自动化及控制技术。